專利名稱：一種通過對高斯光斑檢測定位的均勻光刻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通過對高斯光斑采用電荷耦合元件(CCD)檢測、移相定位的均勻光刻系統(tǒng)，具體涉及一種基于激光干涉光刻系統(tǒng)實現(xiàn)對曝光光斑條紋周期的檢測定位。
背景技術：
半導體工業(yè)始終朝著在更大尺寸基片上生產密集度更高的器件這一目標持續(xù)地發(fā)展。現(xiàn)行的光刻技術一般是通過縮短曝光波長和增大光刻系統(tǒng)的數(shù)值孔徑兩個手段來提高光刻分辨率。經過過去十幾年的努力，再加上相移掩模、離軸照明、鄰近效應校正等光刻分辨率增強光刻技術，無論是在分辨率的提高和焦深的增大兩方面都取得了很好的成績。但是，由于投影光學系統(tǒng)固有的光學特性，光刻系統(tǒng)的曝光視場不可能做得很大，加上曝光波長的縮短和數(shù)值孔徑的增大都使焦深受到了限制?；诹Ｗ泳劢沟墓饪蹋瑹o論離子束光·刻還是電子束光刻，盡管有足夠的分辨率，并且通過平臺的移動可以將曝光視場做得相對較大，然而，其緩慢的速度限制了在低成本的大批量生產制造過程中的應用。顯然，先進微電子和光電子器件的生產不僅僅需要具有高分辨率的光刻技術，還需要能夠很容易地在大視場范圍內產生深亞微米精細圖形的光刻技術。激光干涉光刻系統(tǒng)的原理是利用兩束或多束激光干涉產生的周期或準周期干涉圖形的能量分布和光刻材料相互作用來制造表面微納米結構。它是一種不需要掩模的制造周期或準周期圖形的光刻技術。對這些周期性圖形的干涉曝光，在與半導體器件結構平面垂直的方向上，焦深可以認為是無限大的。等強度干涉產生的非常高的對比度，又允許有相當大的曝光量寬容度，與抗蝕劑曝光顯影過程的固有的非線性特性相結合，可以制造比波長小得多的結構。該技術不需要昂貴的光學投影系統(tǒng)，一個亞波長的空間周期以及沒有復雜曲面光學元件的簡單的光學系統(tǒng)。作為等強度兩束光干涉的空間像圖形非常高對比度的結果，容易獲得近于λ/4的臨界尺寸。激光干涉光刻技術用兩束或多束相干激光束的干涉圖形對光刻材料曝光，以產生納米結構圖形?？刹捎靡淮纹毓夂投啻纹毓猱a生光柵、孔陣、點陣、柱陣等周期圖形，圖形周期可通過改變相干光束夾角或多次曝光實現(xiàn)插補。在激光干涉光刻技術應用中，經常需要均勻微納米表面結構。因此，為了保證光刻圖形的均勻性需要對相移進行精確的控制。目前的CXD較小的像元大小約為2微米，研究結果表明一個干涉條紋周期至少包含9個以上的像素在CCD上才能夠得出圖像，所以加入20倍擴束鏡就能在結果顯示模塊中顯示納米級條紋的圖像。而現(xiàn)有的移相方法通常在垂直往返的光路中用PZT實現(xiàn)位移，也可用空間光調制器(SLM)或聲光調制器(AOM)進行相移操作。但聲光調制器對光斑進行調制后，通常光斑質量會發(fā)生改變，產生橢圓光斑。而空間光調制器的造價過高，能夠產生調制的面積較小。因此，目前使用的方法與系統(tǒng)均都不能直接用于激光干涉光刻系統(tǒng)中實現(xiàn)圖形的定位。為了保證兩束光的干涉條紋定位的精確性和靈活性，本實用新型涉及一種通過對高斯光斑采用電荷耦合元件(CCD)檢測、移相定位的均勻光刻系統(tǒng)。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種在曝光同時能對曝光圖像進行檢測，并反饋信號處理模塊控制移動平臺及壓電陶瓷(PZT)實現(xiàn)均勻疊加式移動的系統(tǒng)。本實用新型的目的通過以下技術措施實現(xiàn)一種通過對高斯光斑采用CXD檢測、移相定位的均勻光刻系統(tǒng)，包括激光干涉及檢測模塊、微位移模塊、信號處理模塊、結果顯示模塊和帶有懸臂梁的二維位移平臺；激光干涉及檢測模塊固定于二維位移平臺的懸臂梁上，隨著懸臂梁在二維位移平臺上移動，所述微位移模塊一端與PZT連接，控制粘附與PZT上的反射鏡改變光程實現(xiàn)光斑微位移，另一端與信號處理模塊連接；所述信號處理模塊同時還分別與激光干涉及檢測模塊中的CCD連接獲取光斑干涉條紋圖，與結果顯示模塊連接向其傳輸信號處理結果，與二維位移平臺自帶的位移檢測模塊連接獲得平臺移動誤差用于處理。當兩束相干激光以15-75度角干涉與 基底之上發(fā)生干涉刻蝕，系統(tǒng)既能對曝光條紋進行實時檢測，并通過光斑檢測模塊檢測與基底上共軛的一組干涉條紋信息，得出當前圖像的周期、位相等信息傳輸給信號處理模塊，經過運算之后處理器控制平臺移動整數(shù)倍周期的距離。但是由于移動平臺有一定的重復定位精度誤差，通過平臺自身所攜帶的激光干涉檢測系統(tǒng)測出目標的期望值與實際值之間的距離，通過控制由電壓源、位移驅動器和反射鏡組成的移相定位系統(tǒng)使光路光程發(fā)生細微改變，彌補光斑位移在單個周期內的誤差，控制條紋的波峰與波峰之間的疊加，從而實現(xiàn)干涉圖形在整體面積上的相位移動及定位。激光干涉及檢測模塊由激光器、光束整形模塊、分束模塊、反射鏡、光斑檢測模塊組成；所述各個模塊均位于同一垂直面上，其中光束整形模塊由半波片、偏振片組成的光束調節(jié)模塊和擴束準直模塊構成，位于激光器正前方，所述反射鏡將光束入射角控制在45度以內，從而保證了光斑的高斯性；所述分束模塊有兩組分別將激光分成兩束光，一束照射與二維位移平臺上的基底之上互相干涉，一束照射在由擴束鏡與CXD組成的光斑檢測模塊上互相干涉；所述光斑檢測模塊位于分束模塊所分出的具有兩束較小干涉角的相干光干涉面上，其中C⑶可以檢測到與基底上的干涉條紋互相共軛的一組條紋信息，其C⑶另一端連接信號處理模塊。微位移模塊由位移驅動模塊、PZT和反射鏡組成，所述位移驅動模塊一端連接與信號處理模塊，另一端連接PZT，控制PZT進行微小位移，所述反射鏡粘帖與PZT之上，隨著PZT同時進行微移動，改變激光光程，從而實現(xiàn)基底和CCD檢測面上的干涉條紋移動。本實用新型也可以通過以下技術措施實現(xiàn)以相同的光斑檢測系統(tǒng)代替平臺可以得到兩組相互共軛關系的干涉條紋，通過兩者共軛關系可以清晰的得到在基底上所刻蝕的條紋的所有信息。本實用新型也可以通過以下技術措施實現(xiàn)在雙光束激光干涉光刻系統(tǒng)中，在使用鏡片的波長范圍內可換用不同波長激光器，從而滿足生產所需各種特征尺寸要求。本實用新型也可以通過以下技術措施實現(xiàn)通過高斯光干涉所得高斯光斑中條紋呈高斯分布，所以系統(tǒng)每次移動O. 9倍的高斯半徑，并使移動后每條條紋依然重合來達到大面積表面重疊的統(tǒng)一劑量，從而滿足均勻光刻操作要求。本實用新型與現(xiàn)有方法和系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點[0014]I.干涉光刻技術價格便宜，并且提供了得到高分辨率、無限焦深、大面積光刻的可能性。干涉光刻作為對現(xiàn)有光刻技術的補充，與傳統(tǒng)光學光刻方法相結合，有很好的應用背
景，2.激光器工作范圍不受特定波長限制，在光路的任何位置均可改變相移。3.系統(tǒng)能按人為條件和需求改變干涉角度，達到最低λ/4到幾十微米的特征尺寸。4.基底材料可變，激光光源也可隨之改變。若使用為感光材料可使用一般激光光源；若為金屬材料等，可使用大功率的激光光源。5. 一個干涉光斑包含幾十上百條光柵刻線，比單光束激光直寫方法加快數(shù)十倍以上，能達到高效率的制作光柵圖像。

圖I為本實用新型涉及一種通過對高斯光斑采用電荷耦合元件(CXD)檢測、移相定位的均勻光刻系統(tǒng)總體示意圖。圖2為本實用新型實施例一的系統(tǒng)結構示意圖。圖3為本實用新型使用兩個相同的光斑檢測系統(tǒng)，得到的兩組成共軛關系的干涉條紋對比圖，上圖為曝光于基底上的干涉條紋，下圖為CCD檢測到的干涉條紋，兩者相位移動呈比例對應關系。圖4為本實用新型兩光束干涉反射鏡平行移動的示意圖。圖5為本實用新型實施例二的系統(tǒng)結構示意圖。其中[I]、激光器；[2]、光束調節(jié)模塊；[3]、擴束準直模塊；[4]、反射鏡；[5]、反射鏡；[6]、分束模塊；[7]、反射鏡；[8]、反射鏡；[9]、反射鏡；[10]、PZT ; [I I]、反射鏡；、反射鏡；[13]、分束模塊；[14]、分束模塊；[15]、基底；[16]、二維位移平臺；[17]、信號處理模塊；[18]、結果顯示模塊；[19]、光斑檢測模塊；[20]、擴束鏡；[21]、CCD ； [22]、位移驅動模塊；[23]、光束整形模塊；[24]、微位移模塊；[25]、激光干涉及檢測模塊；[26]、擴束鏡；[27]、CCD ； [28]、光斑檢測模塊。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型采用的兩光束激光干涉光刻技術系統(tǒng)包括激光干涉及檢測模塊[25]、微位移模塊[24]、信號處理模塊[17]、結果顯示模塊[18]、帶有懸臂梁的二維位移平臺[16]和基底[15]。其中激光干涉及檢測模塊[25]包括激光器[I]、半波片+偏振片組成的光束調節(jié)模塊[2]、擴束準直模塊[3]、反射鏡[4、5、7、8、9、11、12]、分束器件[6、13、14]、ΡΖΤ[10] (3微米/200伏)、擴束鏡[20]、光電耦合器件CCD [21];光束整形模塊[23]由半波片+偏振片組成的光束調節(jié)模塊[2]和擴束準直模塊[3]組成；微位移模塊[24]由位移驅動模塊[22]和PZT [10] (3微米/200伏)組成；光斑檢測模塊[19]由擴束鏡[20]和CCD[21]組成。系統(tǒng)通過擴束鏡[20]將干涉角度縮小在CCD[21]成像傳輸給信號處理模塊[17]讀出周期大小，后控制二維位移平臺[16]移動。二維位移平臺[16]移動后，其自帶的檢測系統(tǒng)檢測該次運動目的和期望定位誤差再次反饋給信號處理模塊[17]，經計算之后控制位移驅動模塊[22]給位移驅動模塊[10]施加不同電壓進行微位移，位移驅動器[10]產生形變，沿著它的軸向方向移動，使得與位移驅動器PZT[10]粘貼在一起的反射鏡也沿著驅動器的軸向方向移動改變了光程，同時CCD[21]也實時檢測干涉條紋的相移，實現(xiàn)對干涉圖形的相移及精確定位，從而達到均勻的統(tǒng)一劑量操作。如圖2所示，將基底[15]及二維位移平臺[16]換成擴束鏡[26]及CCD [27]組成的另一個的光斑檢測模塊[28]。將曝光干涉角調小后，使用兩個CCD[21、27]同時對曝光干涉圖案進行觀測。曝光光束所用擴束鏡[20]為20倍鏡，干涉角為7. 78°。檢測光束所用擴束鏡[26]為10倍鏡，干涉角為1 .564°。當處理器控制電源給PZT上電時，光程差隨著
PZT的微小移動而進行平移。根據光程差和相移之間的關系，我們可以通過方程Δρ = — ■ D
λ
計算出相位差。在電源移動的同時CCD不斷的接收數(shù)據，傳輸給處理器，經過運算后調節(jié)電壓，減小PZT的蠕動和爬行。如圖4所示，系統(tǒng)調節(jié)其中反射鏡[11]的位置，來改變光程，實現(xiàn)干涉圖形的相移。入射光束以一定入射的角度照射在反射鏡[11]上，經過反射進行干涉曝光。當給ΡΖΤ[10]施加電壓時，反射鏡[11]沿ΡΖΤ[10]的軸向方向移動，經過反射鏡[11]反射后的入射光束的光程發(fā)生了改變，從而實現(xiàn)了干涉條紋的位移調節(jié)。同時分束模塊[13]將曝光激光以I : 9的比例分出10%的激光照射與光斑檢測模塊[19]上，當基底[15]上的干涉條紋發(fā)生改變進行相移的同時，光斑檢測系統(tǒng)也能實時的檢測到與基底[15]上的干涉條紋共軛的一組條紋，并將信息傳輸給信號檢測模塊進行處理。如圖5所示，本實用新型采用的兩光束激光干涉光刻技術系統(tǒng)實例二為檢測系統(tǒng)的簡化圖，所用光學器件更少。系統(tǒng)包括激光器[I]，半波片+偏振片組成的光束調節(jié)模塊，擴束準直模塊[3]，反射鏡[II、12]，分束器件[6、13、14]，PZT[10] (3微米/200伏)，擴束鏡[20]，光電耦合器件CCD[21]，位移驅動模塊[22]，二維位移平臺[16]，信號處理模塊[17]和結果顯示模塊[18]。本實例中光路的運動更少，使得激光在空氣和器件中的損耗較少，且分光鏡[13，14]為I : 9分光鏡，得以讓大部分的能量進行光刻。此系統(tǒng)的光程差可調節(jié)在10_以內，能用于絕大多數(shù)相干長度不長的激光器。
權利要求1.一種通過對高斯光斑檢測定位的均勻光刻系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括激光干涉及檢測模塊[25]、微位移模塊[24]、信號處理模塊[17]、結果顯示模塊[18]、帶有懸臂梁的二維位移平臺[16]和基底[15];激光干涉及檢測模塊[25]固定于二維位移平臺[16]的懸臂梁上，所述微位移模塊[24] —端與PZT[10]連接，另一端與信號處理模塊[17]連接；所述信號處理模塊[17]的一端與激光干涉及檢測模塊[25]連接獲取光斑干涉條紋圖，同時還與二維位移平臺[16]自帶的位移檢測模塊連接獲得平臺移動誤差；信號處理模塊[17]的另一端與結果顯示模塊[18]連接向其傳輸信號處理結果；基底[15]固定于二維位移平臺[16]之上。
2.根據權利要求I所述的一種通過對高斯光斑檢測定位的均勻光刻系統(tǒng)，其特征在于激光干涉及檢測模塊[25]由激光器[I]、光束整形模塊[23]、分束模塊[6、13、14]、反射鏡[4、5、7、8、9、11、12]、光斑檢測模塊[19]組成；所述各個模塊均位于同一垂直面上,其 中光束整形模塊[23]位于激光器[I]正前方，所述分束模塊[13]將一束入射激光分成兩束，其中一束照射于基底[15]的表面，另一束照射在光斑檢測模塊[19]上，分束模塊[14]將打在其上的另一束入射激光分成兩束，其中一束照射于基底[15]的表面，另一束照射在光斑檢測模塊[19]上，照射于基底[15]表面的兩束光互相干涉，照射于光斑檢測模塊[19]上的兩束光互相干涉；所述光斑檢測模塊[19]包括擴束鏡[20]和CCD[21]，擴束鏡[20]位于CCD[21]之前；所述光束整形模塊[23]包括光束調節(jié)模塊[2]和擴束準直模塊[3]，兩者與激光同軸，激光通過光束整形模塊[23]進行擴束準直與濾波。
3.根據權利要求I所述的一種通過對高斯光斑檢測定位的均勻光刻系統(tǒng)，其特征在于微位移模塊[24]由位移驅動模塊[22]、PZT[10]和反射鏡[11]組成，所述位移驅動模塊[22] —端與信號處理模塊[17]連接，另一端與ΡΖΤ[10]連接，所述反射鏡[11]固定于PZT[10]之上。
專利摘要本實用新型涉及一種通過對高斯光斑采用電CCD檢測、移相定位的均勻光刻系統(tǒng)。其特征在于在激光干涉光刻中，通過CCD檢測兩束共軛激光干涉條紋，使平臺對其定位，并實時反饋控制一個移相定位系統(tǒng)使光路光程發(fā)生精確改變，實現(xiàn)對干涉圖形的相位移動及定位。在本系統(tǒng)中，移相定位系統(tǒng)由電壓源、位移驅動器和反射鏡組成。通過將激光分出兩束共軛光干涉于CCD上測出條紋周期，使平臺移動N個周期，并控制移相定位系統(tǒng)對平臺的運行誤差進行補償。系統(tǒng)將平臺的位置誤差反饋給芯片，經過運算后給位移驅動器施加不同的電壓，使反射鏡沿著它的軸向方向相應移動，實現(xiàn)條紋周期的重疊從而達到均勻光刻的需要。
文檔編號G03F7/20GK202494863SQ201220140580
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者侯煜, 胡貞 申請人:侯煜, 胡貞